CN105534597B - 摩擦轮trus图像导航驱动装置及方法 - Google Patents

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Abstract

摩擦轮TRUS图像导航驱动装置及方法，它涉及医疗器械领域。本发明为解决现有的手动TRUS图像导航装置的缺陷，进而提供了摩擦轮TRUS图像导航驱动装置及方法。本发明采用摩擦轮机构来实现超声探头的线性运动和回转运动，使得超声探头驱动结构简单紧凑，同时采用平行四边形机构、摩擦轮机构可以构成远心机构，使得超声探头在进入直肠入口时候，可以定点调整超声探头偏航、俯仰以及翻滚姿态。

Description

摩擦轮TRUS图像导航驱动装置及方法
技术领域
本发明及医疗器械领域，属于医学、机械、自动化交叉学科，具体涉及摩擦轮TRUS图像导航驱动装置及方法。
背景技术
近距离射性粒子植入具有靶向性强、无副作用、创伤小、疗效确切的特点，在国类外已成为治疗早期前列腺癌的标准手段。传统放射性治疗术是在手动超声的引导下，借助于固定在超声支架上的导向板，临床医生使用手动粒子植入器将20～120颗镍钛合金包裹的125I （144Gy）/103Pd（120Gy）粒子植入靶区部位，连续低剂量放射γ射线对肿瘤细胞进行杀死。
经直肠超声实时引导放射性粒子近距离治疗前列腺：首先超声科医师手动调整超声探头获取前列腺图像，通过三维图像重建后得到前列腺体积；其次，超声科医师协同放疗科医师在前列腺腺体勾画出靶区并确定粒子植入的数量和位置；最后，超声科医师依据术中超声图像，实时监控粒子放置的位置精度和指导穿刺针进针。由于人手的抖动致使实时采集的图像不清晰，也会影响术中实时导航的精度，而且以上的过程需要人手、眼睛、脑部高度一致配合，才能完成如此复杂精细的手术。
发明内容
本发明为了克服手动TRUS图像导航装置的缺陷，进而提供了摩擦轮TRUS图像导航驱动装置及方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
本发明摩擦轮TRUS图像导航驱动装置及方法，包括镂空机架，其特征在于：镂空机架内固设回转电机、承重轴承，所述承重轴承上安装有Y型机械臂，所述回转电机的电机轴固接Y型机械臂，Y型机械臂还与平行板左边通过铰链连接，所述Y型机械臂还固接俯仰电机，俯仰电机的电机轴固接曲柄，曲柄与连杆通过铰链连接，连杆也与平行板右边通过铰链连接，所述Y型机械臂、曲柄、连杆和平行板通过铰链连接构成一个平行四边形机构，这个平行四边形机构可以将俯仰电机的动力及运动传递给平行板，以实现对平行板的驱动，所述平行板还固接摩擦轮机构，摩擦轮机构同轴设有超声探头，所述摩擦轮机构还包括成对称安装的左摩擦轮和右摩擦轮，通过控制左摩擦轮和右摩擦轮旋转方向，实现安装在摩擦轮机构中超声探头的线性运动和回转运动，所述超声探头上还设有超声换能器，超声换能器紧贴前列腺表面扇形扫描，可以得到清晰、高分辨的前列腺图像。
上述方案的摩擦轮TRUS图像导航驱动装置及方法，其特点为采用简单、紧凑的摩擦轮机构可以实现超声探头的线性运动和回转运动，结合平行四边形机构、摩擦轮机构可以构成远心机构，使得超声探头在进入直肠入口（远心点）时候，可以定点调整超声探头偏航、俯仰以及翻滚姿态，这样可更加灵活的调整超声探头扫描路径，即避开耻骨障碍，另外摩擦轮TRUS图像导航驱动装置配合前列腺介入治疗设备，通过图像反馈可以构成针刺针位置闭环控制，提高穿刺针针尖位置的精准度。
对方案进一步设计：为了更好地发挥摩擦轮机构的作用，所述摩擦轮机构包括对称安装的左空心轴驱动电机、右空心轴驱动电机，所述左空心轴驱动电机的空心轴固接左摩擦轮的左外壳，所述左外壳设有呈120°阵列的3个左摩擦轮，3个左摩擦轮的回转轴线和外壳端面的夹角为45°，且3个左摩擦轮都与外壳建立被动转动关系，所述右空心轴驱动电机的空心轴固接右摩擦轮的右外壳，所述右外壳也设有呈120°阵列的3个右摩擦轮，3个右摩擦轮的回转轴线和外壳端面的夹角为45°，3个右摩擦轮都与外壳建立被动转动关系，同时左外壳与右外壳对称安装，左外壳上安装的3个左摩擦轮与右外壳上安装的3个右摩擦轮也对称布置，所述左外壳和右外壳同轴设有超声探头，所述超声探头上还设有超声换能器。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果和优点：
本发明采用摩擦轮机构来实现超声探头的线性运动和回转运动，使得超声探头驱动结构简单紧凑，同时采用平行四边形机构、摩擦轮机构可以构成远心机构，使得超声探头在进入直肠入口时候，可以定点调整超声探头偏航、俯仰以及翻滚姿态。
附图说明
图1整体结构示意图。
图2图2 远心机构结构原理图。
图3 左摩擦轮机构结构示意图。
图4摩擦轮机构实现回转运动工作原理。
图5 摩擦轮机构实现线性运动工作原理。
图中1.镂空机架，2.回转电机，3.承重轴承，4.Y型机械臂，5.曲柄， 6.俯仰电机，7.连杆，8.平行板，9.摩擦轮机构，10.超声探头，4-1. 回转轴线，8-1.自身轴线，9-1.左摩擦轮，9-2.右摩擦轮，9-3.左空心轴驱动电机，9-4.右空心轴驱动电机，9-1-1.左外壳，9-1-2. 3个左摩擦轮，9-2-1.右外壳，9-2-2. 3个右摩擦轮，10-1.超声换能器，10-2. 超声自身轴线，10-3.左螺旋运动，10-3-1.左回转运动，10-3-2.左线性运动，10-4.右螺旋运动，10-4-1.右回转运动，10-4-2.右线性运动，11.远心点。
本发明摩擦轮TRUS图像导航驱动装置，包括镂空机架1，其特征在于：镂空机架1内固设回转电机2、承重轴承3，所述承重轴承3上安装有Y型机械臂4，所述回转电机2的电机轴固接Y型机械臂4，Y型机械臂4还与平行板8左边通过铰链连接，所述Y型机械臂4还固接俯仰电机6，俯仰电机6的电机轴固接曲柄5，曲柄5与连杆7通过铰链连接，连杆7也与平行板8右边通过铰链连接，所述Y型机械臂4、曲柄5、连杆7和平行板8通过铰链连接构成一个平行四边形机构，这个平行四边形机构可以将俯仰电机6的动力及运动传递给平行板8，以实现对平行板8的驱动，所述平行板8还固接摩擦轮机构9，摩擦轮机构9同轴设有超声探头10，所述摩擦轮机构9还包括成对称安装的左摩擦轮9-1和右摩擦轮9-2，通过控制左摩擦轮9-1和右摩擦轮9-2旋转方向，实现安装在摩擦轮机构9中超声探头10的线性运动和回转运动，所述超声探头10上还设有超声换能器10-1，超声换能器10-1紧贴前列腺表面扇形扫描，可以得到清晰、高分辨的前列腺图像。
参见附图1、附图2、附图3、附图4、附图5，所述摩擦轮机构9包括对称安装的左空心轴驱动电机9-3、右空心轴驱动电机9-4，所述左空心轴驱动电机9-3的空心轴固接左摩擦轮9-1的左外壳9-1-1，所述左外壳9-1-1设有呈120°阵列的3个左摩擦轮9-1-2，3个左摩擦轮9-1-2的回转轴线和左外壳9-1-1端面的夹角为45°，且3个左摩擦轮9-1-2都与左外壳9-1-1建立被动转动关系，所述右空心轴驱动电机9-4的空心轴固接右摩擦轮9-2的右外壳9-2-1，所述右外壳9-1-1也设有呈120°阵列的3个右摩擦轮9-2-2，3个右摩擦轮9-2-2的回转轴线和右外壳9-2-1端面的夹角为45°，3个右摩擦轮9-2-2都与右外壳9-2-1建立被动转动关系，同时左外壳9-1-1与右外壳9-2-1对称安装，左外壳9-1-1上安装的3个左摩擦轮9-1-2与右外壳9-2-2上安装的3个右摩擦轮9-2-2也对称布置，所述左外壳9-1-1和右外壳9-2-1同轴设有超声探头10，所述3个左摩擦轮9-2-1、3个右摩擦轮9-2-1都和超声探头10外壳接触，且相对转动存在滚动摩擦力，所述超声探头10上还设有超声换能器10-1。
下面结合附图对本发明的摩擦轮TRUS图像导航驱动装置及方法的工作方式介绍如下：
远心机构原理：回转电机2带动Y型机械臂4绕回转轴线4-1回转运动，Y型机械臂4、曲柄5、连杆7和平行板8通过铰链连接构成一个平行四边形机构，俯仰电机6通过这个平行四边形机构将动力和运动传递给平行板8，使其绕自身轴线8-1作俯仰运动，摩擦轮机构9来实现超声探头10绕超声自身轴线10-2的旋转运动以及沿超声自身轴线10-2线性运动，所述回转电机2、平行四边形机构和摩擦轮机构9构成三维远心机构，可以实现使得超声探头10在进入直肠入口时候，可以在远心点11调整超声探头10偏航、俯仰以及翻滚姿态。
超声探头回转运动工作原理：当左空心轴驱动电机9-3、右空心轴驱动电机9-4同步同方向旋转时，带动左摩擦轮9-1的左外壳9-1-1、右摩擦轮9-2的右外壳9-2-1也作同方向回转运动，此时左外壳9-1-1设有呈120°阵列的3个左摩擦轮9-1-2、右外壳9-1-1也设有呈120°阵列的3个右摩擦轮9-2-2都绕自身轴线相对转动，对称安装的3个左摩擦轮9-1-2和3个右摩擦轮组合能实现超声探头10回转运动。
超声探头线性运动工作原理：当左空心轴驱动电机9-3、右空心轴驱动电机9-4同步同方向旋转时，带动左摩擦轮9-1的左外壳9-1-1、右摩擦轮9-2的右外壳9-2-1也作同方向回转运动，此时左外壳9-1-1设有呈120°阵列的3个左摩擦轮9-1-2、右外壳9-1-1也设有呈120°阵列的3个右摩擦轮9-2-2都绕自身轴线相对转动，3个左摩擦轮9-1-2能实现超声探头左螺旋运动10-3，左螺旋运动10-3能分解为超声探头10的左回转运动10-3-1、超声探头10的左线性运动10-3-2，3个右摩擦轮9-2-2能实现超声探头10右螺旋运动10-4，左螺旋运动10-4能分解为超声探头10的左回转运动10-4-1、超声探头10的左线性运动10-4-2，这种左螺旋运动10-3和右螺旋运动综合，抵消了超声探头10的回转运动，只保留超声探头10的线性运动。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (2)

1.摩擦轮TRUS图像导航驱动装置，包括镂空机架(1)，其特征在于：镂空机架（1）内固设回转电机（2）、承重轴承（3），所述承重轴承（3）上安装有Y型机械臂（4），所述回转电机（2）的电机轴固接Y型机械臂（4），Y型机械臂（4）还与平行板（8）左边通过铰链连接，所述Y型机械臂（4）还固接俯仰电机（6），俯仰电机（6）的电机轴固接曲柄（5），曲柄（5）与连杆（7）通过铰链连接，连杆（7）也与平行板（8）右边通过铰链连接，所述Y型机械臂（4）、曲柄（5）、连杆（7）和平行板（8）通过铰链连接构成一个平行四边形机构，这个平行四边形机构可以将俯仰电机（6）的动力及运动传递给平行板（8），以实现对平行板（8）的驱动，所述平行板（8）还固接摩擦轮机构（9），摩擦轮机构（9）同轴设有超声探头（10），所述摩擦轮机构（9）还包括成对称安装的左摩擦轮（9-1）和右摩擦轮（9-2），通过控制左摩擦轮（9-1）和右摩擦轮（9-2）旋转方向，实现安装在摩擦轮机构（9）中超声探头（10）的线性运动和回转运动，所述超声探头（10）上还设有超声换能器（10-1），超声换能器（10-1）紧贴前列腺表面扇形扫描，可以得到清晰、高分辨的前列腺图像。
2.根据权利要求1所述的摩擦轮TRUS图像导航驱动装置，其特征在于：所述摩擦轮机构（9）包括对称安装的左空心轴驱动电机（9-3）、右空心轴驱动电机（9-4），所述左空心轴驱动电机（9-3）的空心轴固接左摩擦轮（9-1）的左外壳（9-1-1），所述左外壳（9-1-1）设有呈120°阵列的3个左摩擦轮（9-1-2），3个左摩擦轮（9-1-2）的回转轴线和左外壳（9-1-1）端面的夹角为45°，且3个左摩擦轮（9-1-2）都与左外壳（9-1-1）建立被动转动关系，所述右空心轴驱动电机（9-4）的空心轴固接右摩擦轮（9-2）的右外壳（9-2-1），所述右外壳（9-1-1）也设有呈120°阵列的3个右摩擦轮（9-2-2），3个右摩擦轮（9-2-2）的回转轴线和右外壳（9-2-1）端面的夹角为45°，3个右摩擦轮（9-2-2）都与右外壳（9-2-1）建立被动转动关系，同时左外壳（9-1-1）与右外壳（9-2-1）对称安装，左外壳（9-1-1）上安装的3个左摩擦轮（9-1-2）与右外壳（9-2-2）上安装的3个右摩擦轮（9-2-2）也对称布置，所述左外壳（9-1-1）和右外壳（9-2-1）同轴设有超声探头（10），所述3个左摩擦轮（9-2-1）、3个右摩擦轮（9-2-1）都和超声探头（10）外壳接触，且相对转动存在滚动摩擦力，所述超声探头（10）上还设有超声换能器（10-1）。
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